风电防雷接地

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1、风电防雷接地1风机的防雷特点　　电闪雷鸣释放的巨大能量，会造成风机叶片爆裂、电气绝缘击穿、自动化控制和通信元件烧毁……1.1一般雷击率　　在年均10雷电日地区，建筑物高度h与一般雷击率n的关系见表1。1.2环境　　风力发电特点是：风机分散安置在旷野，大型风机叶片高点（轮毂高度加风轮半径）达60～70m，易受雷击；风力发电机组的电气绝缘低（发电机电压690V、大量使用自动化控制和通信元件）。因此，就防雷来说，其环境远比常规发电机组的环境恶劣。1.3严重性　　风力发电机组是风电场的贵重设备，价格占风电工程投资60%以上。若其遭

2、受雷击（特别是叶片和发电机贵重部件遭受雷击），除了损失修复期间应该发电所得之外，还要负担受损部件的拆装和更新的巨大费用。丹麦LM公司资料介绍：1994年，害损坏超过6%，修理费用估计至少1500万克朗(当年丹麦装机540MW，平均2.8万克朗/MW)。按LM公司估计，世界每年有1%～2%的转轮叶片受到雷电袭击。叶片受雷击的损坏中，多数在叶尖是容易被修补的，但少数情况则要更换整个叶片。雷击风机常常引起机电系统的过电压，造成风机自动化控制和通信元件的烧毁、发电机击穿、电气设备损坏等事故。所以，雷害是威胁风机安全经济运行的严重问

3、题。2叶片防雷研究　　雷击造成叶片损坏的机理是：雷电释放巨大能量，使叶片结构温度急剧升高，分解气体高温膨胀，压力上升造成爆裂破坏。　　美国瞬变特性研究院用人工电晕发生器，在全复合材料的叶片做雷击试验，高电压、长电弧冲击（3．5MV，20kA）加在无防雷设置的叶片上，结论是叶片必须加装防雷装置。　　TACKE公司设计了玻璃钢防雷叶片（图1），叶片顶端铆装一个不锈钢叶尖，用铜丝网贴在叶片两面，将叶尖与叶根连为一导电体。铜丝网一方面可将叶尖的雷电引导至大地，也防止雷击叶片主体。丹麦LM公司于1994年获得叶片防雷的科研项目，由丹

4、麦能源部资助，包括丹麦研究院雷电专家、风机生产厂、工业保险业、风电场和商业组织在内，目的在于调查研究雷电导致叶片损害，开发安全耐用的防雷叶片。研究人员在实验室进行一系列的仿真测试，电压达1．6MV，电流到200kA，进行雷电冲击，验证叶片结构能力和雷电安全性。研究表明：不管叶片是用木头或玻璃纤维制成，或是叶片包导电体，雷电导致损害的范围取决于叶片的形式。叶片全绝缘并不减少被雷击的危险，而且会增加损害的次数。研究还表明：多数情况下被雷击的区域在叶尖背面（或称吸力面）。在研究的基础上，LM叶片防雷性能得到了发展，在叶尖装有接闪

5、器（图2）捕捉雷电，再通过叶片内腔导引线使雷电导入大地，约束雷电，保护叶片，设计简单和耐用。如果接闪器或传导系统附件需要更换，只是机械性的改换。3雷害资料数据3.1我国个别案例　　1995年8月，浙江苍南风电场1台FD16型55kW风机受雷击，从叶尖到叶根开裂损坏报废。　　我国各风场的雷害，没有统计资料。3.2丹麦和德国统计的雷击数据3.2.1风机雷击率　　丹麦1200台、德国1400台风机遭雷击数据见表2。德国雷击率比丹麦高出1倍。除了地点不同，收集时间短(一般认为需要15a),或许有德国的风机平均总高度44．3m比丹麦

6、的35．5m高等因素。3.2.2雷击地区分布　　德国1992～1995年雷击地区分布数据见表3。3.2.3受雷击损坏部位　　德国和丹麦风机受雷击损坏部位数据见表4。3.2.4影响利用率　　德国和丹麦因风机受雷击损坏造成损失的天数见表5。3.2.5影响发电量　　因风机受雷击损坏不同部位所影响的发电量（丹麦）见表6。3.2.6修理费用　　用在修复受雷击损坏的风机上的费用（德国）见表7。3.2.7德国资料记录　　雷击停机后可再次顺利启动的大约占10．5%，说明防雷保护的作用。3.2.8统计资料分析通过上述统计资料分析，可以认为：

7、　　a）德国、丹麦统计数据说明风机遭雷击概率高，估计我国多雷地区会更严重；b）安装在高山的风机，比在低地和海边更容易受雷击；　　c）控制系统损坏率最高，是雷害薄弱环节，电气系统和发电机损坏概率也不低，说明雷电造成的过电压必须引起重视；　　d）叶片损坏造成损失电量最多、修理费用最大；　　e）德国记录雷击停机后有大约10．5%可再次顺利启动，很值得进一步研究。4防雷标准及地电阻要求　　现代的雷电保护，可分为外部雷电保护和内部的雷电保护两部分。按照IEC1024－1标准，以雷电5个重要参数，确定保护水平分I～IV级（表8）。如今

8、，风机叶片（如LM叶片）的防雷，是按照IEC1024－1的Ⅰ级保护水平设计，并通过有关型式试验，所以，叶片避免直击雷的破坏大有改善。当外部直击雷打到叶片，将雷电引导入大地也不难。但是，风力发电机组在离地40～50m机舱内的设备,和地面控制框设备都与雷电引下系统有某种相连，雷电流引起过电压，造成这些设备的